数控回转工作台原理与数控技术发展趋势

目录1 绪论31.1 前言31.2 课题来源31.3 研究目的与意义31.4 研究项目的现状及发展趋势32 数控回转工作台原理42.1 数控回转工作台42.2 设计准则52.3 主要技术参数52.4 本章小结53 数控回转工作台结构设计53.1 传动方案的确定53.2 齿轮传动的设计73.3 伺服电机的选择及运动参数的计算93.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核103.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸123.6 轴的校核与计算133.7 弯矩组合图143.8 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径153.9 齿轮上键的选取与校核153.10 轴承的选用153.11 本章小结164 数控技术发展趋势164.1 性能发展方向164.2 功能发展方向174.3 体系结构的发展184.4 智能化新一代PCNC数控系统195 设计总结196 参考文献201 绪论1.1 前言 加工中心最初是从数控铣床发展而来的。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。一台加工中心是由机床（机械部分）和控制系统（电气部分）两部分组成，机床是加工中星的主体，控制系统是加工中心的核心。加工中心的主机通常是由三大基础部件组（床身、立柱和工作台）和主轴部件、刀具存储自动交换系统（ATC）及其它辅助功能部件组成。有的加工中心还具有托盘（工作台）自动交换系统（APC）。1.2 课题来源这次毕业设计的课题来源于自选课题面向壳体零件的卧式加工中心工作台设计，目的是通过本次的设计工作，能够在对面向壳体零件加工的卧式加工中心的了解的基础上，实现对加工中心工作台的设计，并与同组人的对主轴部件、刀库、夹具的设计相应，最终设计出整个机床主要结构部件。此课题让我们有机会对机械设计方面的知识有一个系统的回顾，进一步加深学习。1.3 研究目的与意义毕业设计主要是培养我们综合应用所学专业的基础理论、基本技能和专业知识的能力，培养我们建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法。培养我们的设计计算、工程绘图、实验研究、数据处理、查阅文献、外文资料的阅读与翻译、计算机应用、文字表达等基本工作实践能力，使我们初步掌握科学研究的基本方法和思路。本次毕业设计主要是解决卧式加工中心数控回转工作台的工作原理和机械机构的设计与计算部分，设计思路是先原理后结构，先整体后局部。1.4 研究项目的现状及发展趋势 目前数控回转工作台已广泛应用于数控机床和加工中心上，它的总的发展趋势是： 1在规格上将向两头延伸，即开发小型和大型转台； 2在性能上将研制以钢为材料的蜗轮，大幅度提高工作台转速和转台的承载能力； 3在形式上继续研制两轴联动和多轴并联回转的数控转台。 数控转台的市场分析：随着我国制造业的发展，加工中心将会越来越多地被要求配备第四轴或第五轴，以扩大加工范围。估计近几年要求配备数控转台的加工中心将会达到每年600台左右。预计未来几年，虽然某些行业由于产能过剩、受到宏观调控的影响而继续保持着较低的行业景气度外，部分装备制造业将有望保持较高的增长率，特别是那些国家产业政策鼓励振兴和发展的装备子行业。作为装备制造业的母机，普通加工机床将获得年均1520左右的稳定增长。2 数控回转工作台原理 数控机床的圆周进给由回转工作台完成，称为数控机床的第四轴：回转工作台可以与X、Y、Z三个坐标轴联动，从而加工出各种球、圆弧曲线等。回转工作台可以实现精确的自动分度，扩大了数控机床加工范围。2.1 数控回转工作台 数控回转工作台主要用于数控镗床和铣床，其外形和通用工作台几乎一样，但它的驱动是伺服系统的驱动方式。它可以与其他伺服进给轴联动。 图2-1为自动换刀数控镗床的回转工作台。它的进给、分度转位和定位锁紧都是由给定的指令进行控制的。工作台的运动是由伺服电动机，经齿轮减速后由蜗杆-蜗轮带动。图2-11工作台 2滚柱导轨 3、4夹紧瓦 5小液压缸 6活塞 7弹簧 8钢球 9圆光栅 10双列圆柱滚子轴承 11圆锥滚子轴承 为了消除蜗杆副的传动间隙，采用了双螺距渐厚蜗杆，通过移动蜗杆的轴向位置来调整间隙。这种蜗杆的左右两侧面具有不同的螺距，因此蜗杆齿厚从头到尾逐渐增厚。但由于同一侧的螺距是相同的，所以仍然可以保持正常的啮合。当工作台静止时，必须处于锁紧状态。为此，在蜗轮底部的辐射方向装有8对夹紧瓦4和3，并在底座上均布同样数量的小液压缸5。当小液压缸的上腔接通压力油时，活塞6便压向钢球8，撑开夹紧瓦，并夹紧蜗轮。在工作台需要回转时，先使小液压缸的上腔接通回油路，在弹簧7的作用下，钢球8抬起，夹紧瓦将蜗轮松开。 回转工作台的导轨面由大型滚动轴承支承，并由圆锥滚柱轴承11及双列向心圆柱滚子轴承10保持准确的回转中心。数控回转工作台的定位精度主要取决于蜗杆副的传动精度，因而必须采用高精度蜗杆副。在半闭环控制系统中，可以在实际测量工作台静态定位误差之后，确定需要补偿角度的位置和补偿的值，记忆在补偿回路中，由数控装置进行误差补偿。在全闭环控制系统中，由高精度的圆光栅10发出工作台精确到位信号，反馈给数控装置进行控制。回转工作台设有零点，当它作回零运动时，先用挡铁压下限位开关，使工作台降速，然后由圆光栅或编码器发出零位信号，使工作台准确地停在零位。数控回转工作台可以作任意角度的回转和分度，也可以作连续回转进给运动。2.2 设计准则 1）分析原理和性能 2）判别功能载荷及其意义 3）功能设计应适应制造工艺和降低成本的要求 4）提高合理的应力分布和刚度 5）重量要适宜 6）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸 7）根据性能组合选择材料 8） 零件与整体零件之间精度的进行选择 2.3 主要技术参数（1）回转半径：315 mm（2）重复定位精度：0.005 mm（3）电机功率0.5 kw（4）电机转矩 8.0 N.M（5）总传动比：72.5（6）最大承载重量1002.4 本章小结 主要简单介绍毕业设计题目（数控回转工作台）和其发展概况，设计背景、工作原理、设计参数也作了进一步的说明。3 数控回转工作台结构设计3.1 传动方案的确定3.1.1 驱动方式选择 由于数控回转工作台的控制精度要求较高且工作功率不大，动力源应选择微特电机。可选步进电机或伺服电机。由于本工作台设计为闭环控制，故开环的步进电机不合适，选用用于闭环控制中的，广泛使用的交流伺服电动机： 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点： 1、起动转矩大：由于转子电阻大，其转矩特性曲线与普通异步电动机的转矩特性曲线相比，有明显的区别。它可使临界转差率S01，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。2、 运行范围较广3、 无自转现象：正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1S1、T2S2曲线）以及合成转矩特性（TS曲线） 交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26V、36V、115V等多种。交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。3.1.2 传动方案传动时应满足的要求 数控回转工作台一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用电液脉冲马达，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。 合理的传动方案主要满足以下要求： （1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。 （2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。 （3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。 （4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。3.1.3 传动方案及其分析 数控回转工作台传动方案为：伺服电机齿轮传动蜗杆传动工作该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高 ，传递运动准确、平稳，传递 功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：1传动比大在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机 构尺寸小，因而结构紧凑。2传动平稳 蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。3可以自锁 当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高 蜗杆传动是，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。同时，对于数控回转工作台，结构简单，它有两种型式：开环回转工作台、闭环回转工作台。两种型式各有特点：开环回转工作台 开环回转工作台和开环直线进给机构一样，都可以用点液脉冲马达、功率步进电机来驱动。闭环回转工作台 闭环回转工作台和开环回转工作台大致相同，其区别在于：闭环回转工作台有转动角度的测量元件（圆光栅）。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。3.2 齿轮传动的设计由于前述所选电机可知T=2.39N.M传动比设定为i=3，效率=0.97工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。3.2.1 选择齿轮传动的类型根据GB/T100851988的推荐，采用直齿轮传动的形式。3.2.2 选择材料 考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面，硬度为45-55HRC。3.2.3 按齿面接触疲劳强度设计先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传递转矩T1=9.55*106P1/N1=（9.55*1060.75/3000）=2.39N.M载荷系数K：因载荷平稳，查表 取K=1.2齿宽系数d: 查表 取d=1许用接触压力H：H=H2=220Mpa传动比i=3将以上参数代入公式d132.8mm3.2.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸1）齿数 取Z1=22，则Z2=iZ1=322=66,取Z2=66。2）模数 m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取标准值m=1.5。3）中心距 标准中心距 =0.5m(Z1+Z2)=66mm4）其他主要尺寸分度圆直径：d1=mZ1=1.5*22=33mm, d2=mZ2=1.5*66=99mm齿顶圆直径：da1=d1+2m=33+2*1.5=36mm, da2=d2+2m=99+2*1.5=102mm齿宽：b= dd1=0.6*33=19.8mm, 取b2=b1+(5-10)=25-30mm,取b1=30mm。3.2.5 校核齿根弯曲疲劳强度F=2KT1YFS/bd1mF复合齿形系数Ys：由X=0（标准齿轮）及Z1 、Z2查表得YFS1=4.12，YFS2=3.96则F1=2KT1YFS1/bmd1=2*1.2*2.39*103*4.12/(19.8*1.5*33)=74.6MpaF1=314.28MpaF2=F1YFS2/YFS1=(74.6*3.96/4.12)Mpa=71.70MPaF2=300Mpa弯曲强度足够。3.2.6 确定齿轮传动精度齿轮圆周速度v=d1n/(60*1000)=3.14*72.5*970/(60*1000)=3.68m/s由表确定第公差组为8级。第、公差组也定为8级，齿厚偏差选HK3.2.7 齿轮结构设计小齿轮 d1=33mm da1 =36mm 采用实心式齿轮大齿轮 d2=99mm da2 =102mm 采用腹板式齿轮3.3 伺服电机的选择及运动参数的计算3.3.1伺服电机的选择 按照工作要求和条件选交流伺服电机。 20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。定子绕组散热比较方便。惯量小，易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体积和重量。3.3.2选择伺服电机的具体型号和参数 马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使马达长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则马达价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。工作所需功率为：Pw=FwVw/1000w KW Pw=Tnw/9950w KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,电机工作效率w=0.97，代入上式得Pw=15036/（99500.97）=0.56 KW电机所需的输出功率为：P0= Pw/式中：为电机至工作台主动轴之间的总效率。由表2.4查得：齿轮传动的效率为w=0.97；一对滚动轴承的效率为w=0.99；蜗杆传动的效率为w=0.8。因此，=1233=0.970.9930.8=0.75P0= Pw/=0.56/0.75=0.747 KW一般电机的额定功率Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW则由表取电机额定功率为：Pm=0.75 KW。确定电机转速按表推荐的各种机构传动范围为，取：齿轮传动比：3-5，蜗杆传动比：15-32，则总的传动范围为：i=i1i2=315-532=45-160电机转速的范围为N= inw=(45-160)36=1620-5760 r/min根据这些，选取三菱公司的HF-SP51B型电机，符合要求。3.4 蜗轮及蜗杆的选用与校核由于前述所选电机可知T=6.93N.M传动比设定为i=27.5，效率=0.8工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。3.4.1 选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆。3.4.2 选择材料 考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10Pb1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.4.3 按齿面接触疲劳强度设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距： (3-2) （1）确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=1，估取效率=0.8，则T2=T*i=153.4N.M (3-3)（2）确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 (3-4)（3）确定弹性影响系数ZE选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。 （4）确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30，从而可查出Z=3.12。（5）确定许用应力H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10Pb1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，从而可查得蜗轮的基本许用应力H=268Mpa。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则H= KHNH=0.92268=246.56247Mpa (3-5)（6）计算中心距 (3-6) 设计中心距a=270mm，m=2.5mm，齿形角=20，蜗杆分度圆直径d1=45mm；这时d/a=0.19，从而可查得接触系数=2.72，因为Z，因此以上计算结果可用。3.5 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸3.5.1 蜗杆为了便于蜗杆的加工，每一个m对应一系列d1值，查表（GB1008588）得：直径系数q=18；分度圆直径d1=45mm，蜗杆头数Z1=1；分度圆导程角=arctgZ1/q=31138蜗杆轴向齿距：Px=m=7.85mm (3-7)蜗杆齿顶圆直径：da1=d1+2m=50mm (3-8)蜗杆轴向齿厚：=3.93mm (3-10)3.5.2 蜗轮蜗轮齿数：Z2 =2a/m-q=198，变位系数=0蜗轮分度圆直径：d2=mZ2= 2.5*198=495mm (3-11)蜗轮喉圆直径：da2=d2+2m=500mm (3-12)蜗轮齿根圆直径 df2=d2-2m(1.16-X2)=489.2mm (3-13)蜗轮顶圆直径 de2=d2+2*0.5m=497.5mm (3-14)蜗轮轮缘宽度 B=0.45（d1+6m）=27mm (3-15)3.5.3 校核齿根弯曲疲劳强度 (3-18)当量齿数 Zv2=Z2/cos3=198/cos3.18=198 (3-19)根据2=0，ZV2=198，可查得齿形系数=1.26，螺旋角系数Y=1-/140=0.9773； (3-20)许用弯曲应力F= KFN F=560.72=40.32MPa (3-21)=2.310.9773=4.29MPa (3-22)所以弯曲强度是满足要求的。3.6 轴的校核与计算3.6.1 画出受力简图图 3-1受力简图 计算出：R1=46.6N R2=26.2N 3.6.2 画出扭矩图 T=.i.T电机 =0.36600.98 =21.2 N.M （3-33） 图3-2扭矩图 3.6.3 弯矩图M=72.818010-3 =13.1N. （3-34） 图3-3弯矩图3.7 弯矩组合图由此可知轴的最大危险截面所在。组合弯矩 （3-35）3.8 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径 （3-36） 扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6抗弯截面系数W=0.1d3根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及小3.9 齿轮上键的选取与校核（1）取键连接的类型好尺寸因其轴上键的作用是传递扭矩，应用平键连接就可以了。在此用平键。由资料可查出键的截面尺寸为：宽度b=5mm，高度h=5mm，由连轴器的宽度并参考键的长度系列，从而取键长L=10mm。（2）键连接的强度键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用挤压力p= 5060MPa，取其平均值p=135MPa。键的工作长度l=L-b=10-5=5mm，键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm，从而可得：p=2000T/(kld)=127p 可见满足要求。 此键的标记为：键B510 GB/T 10961979。3.10 轴承的选用滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。3. 10. 1 轴承的类型考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。其机构代码为3000，然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：30208。3. 10. 2 轴承的游隙及轴上零件的调配轴承的游隙和欲紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。3. 10. 3 滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。3. 10. 4 滚动轴承的润滑考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。 3. 10. 5 滚动轴承的密封装置轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。此处，采用接触式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，密封唇应朝外。3.11 本章小结对数控回转工作台的主要零件及传动系统的零件进行设计 选型 零件校核，按照机械设计一书进行设计，完成机械部分。4 数控技术发展趋势4.1 性能发展方向 (1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测 元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 (2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 (3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。 (4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。4.2 功能发展方向 (1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2)科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3)插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4)内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。 (5)多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。4.3 体系结构的发展 (1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 (2)模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。 (3)网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 (4)通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变